PCB Tecnico - Principi di progettazione PCB per ridurre le interferenze elettromagnetiche

La progettazione di compatibilità elettromagnetica è strettamente correlata al circuito specifico. Per eseguire la progettazione di compatibilità elettromagnetica, il progettista deve ridurre al minimo le radiazioni (energia a radiofrequenza che fuoriesce dal prodotto) e aumentare la sua resistenza alle radiazioni (energia che entra nel prodotto). Sensibilità e capacità anti-interferenza. Per l'accoppiamento di conduzione comune a bassa frequenza e l'accoppiamento di radiazione comune ad alta frequenza, il taglio del percorso di accoppiamento deve essere prestata piena attenzione nella progettazione.

Principi di progettazione PCB

Poiché l'integrazione del circuito0 e la frequenza del segnale stanno diventando sempre più elevate con lo sviluppo della tecnologia elettronica, l'interferenza elettromagnetica sarà inevitabilmente causata, quindi i seguenti principi dovrebbero essere seguiti durante la progettazione del PCB per controllare l'interferenza elettromagnetica del circuito stampato entro una certa gamma, Soddisfare i requisiti e gli standard di progettazione, e migliorare le prestazioni complessive del circuito.

1. Selezione del circuito stampato

Il compito principale della progettazione PCB è selezionare correttamente le dimensioni del circuito stampato. Se la dimensione è troppo grande, il cablaggio tra i componenti sarà troppo lungo, il che aumenterà l'impedenza del circuito e ridurrà la capacità anti-interferenza; e la dimensione farà sì che i componenti siano troppo piccoli. Il layout denso non favorisce la dissipazione del calore e il cablaggio è troppo sottile e denso, il che è facile da causare crosstalk. Pertanto, il circuito stampato della dimensione appropriata dovrebbe essere selezionato in base ai componenti richiesti del sistema.

Circuito

I circuiti stampati sono divisi in schede monofacciali, bifacciali e multistrato. La scelta del numero di strati del circuito dipende dalla funzione da realizzare dal circuito, dall'indice di rumore, dal numero di segnali e cavi di rete, ecc. L'impostazione ragionevole dello strato può ridurre il problema di compatibilità elettromagnetica del circuito stesso.

I principi di selezione abituali sono:

1. quando la frequenza del segnale è media e bassa frequenza, ci sono meno componenti e la densità di cablaggio è bassa o media, scegliere unilaterale o bifacciale;

2. schede multistrato sono utilizzate per alta densità di cablaggio, alta integrazione e più componenti;

3. per circuiti integrati ad alta frequenza, ad alta velocità e circuiti integrati ad alta velocità, scegliere 4 o più strati di circuiti stampati. Quando si progetta una scheda multistrato, un singolo strato può essere utilizzato come strato di potenza, strato di segnale e strato di terra. L'area del loop del segnale è ridotta e la radiazione differenziale del modo è ridotta. Per questo motivo, la scheda multistrato può ridurre la radiazione del circuito stampato e migliorare la capacità anti-interferenza.

2. Layout dei componenti del circuito stampato

Dopo aver determinato la dimensione del PCB, la posizione dei componenti speciali dovrebbe essere determinata prima e infine tutti i componenti del circuito sono disposti in blocchi in base alle unità funzionali del circuito. L'unità del circuito digitale, l'unità del circuito analogico e l'unità del circuito di alimentazione dovrebbero essere separati e anche l'unità del circuito ad alta frequenza e l'unità del circuito a bassa frequenza dovrebbero essere separati. I principi di layout dei circuiti stampati comunemente utilizzati sono i seguenti.

1. Il principio di determinazione dell'ubicazione dei componenti speciali:

1. l'elemento riscaldante dovrebbe essere posizionato in una posizione favorevole alla dissipazione del calore, come il bordo del PCB, e lontano dal chip del microprocessore;

2. componenti speciali ad alta frequenza dovrebbero essere posizionati l'uno vicino all'altro per accorciare la connessione tra di loro;

3. i componenti sensibili dovrebbero essere tenuti lontani da fonti di rumore quali generatori di orologio e oscillatori;

4. la disposizione dei componenti regolabili quali potenziometri, induttori regolabili, condensatori variabili, interruttori chiave, ecc. dovrebbe soddisfare i requisiti strutturali dell'intera macchina e facilitare l'adeguamento;

5. componenti più pesanti dovrebbero essere fissati con staffe;

6. Il filtro EMI deve essere posizionato vicino alla sorgente EMI.

Disposizione dei componenti del circuito stampato

2. il principio di stabilire i componenti ombrello del circuito secondo l'unità di funzione del circuito:

1. ogni circuito funzionale dovrebbe determinare la posizione corrispondente in base al flusso di segnale tra di loro per facilitare il cablaggio;

2. ogni circuito funzionale dovrebbe prima determinare la posizione del componente centrale e posizionare altri componenti intorno al componente centrale e cercare di abbreviare la connessione tra i componenti;

3. per i circuiti ad alta frequenza, i parametri di distribuzione tra i componenti devono essere considerati;

4. I componenti posti sul bordo del circuito stampato dovrebbero essere non meno di 2mm di distanza dal bordo del circuito stampato.

5. DC / DC convertitore, interruttore tubo e raddrizzatore dovrebbero essere posizionati il più vicino possibile al trasformatore per ridurre la radiazione esterna;

6. I componenti di regolazione della tensione e i condensatori del filtro dovrebbero essere posizionati vicino al diodo raddrizzatore.

3. Principio di cablaggio dell'alimentazione elettrica e della terra

Se il cablaggio tra l'alimentazione elettrica e la terra del PCB è ragionevole è la chiave per ridurre l'interferenza elettromagnetica dell'intero circuito stampato. Il design della linea elettrica e della linea di terra è un problema che non può essere ignorato nel PCB, ed è spesso il design più difficile. Nella progettazione devono essere seguiti i seguenti principi.

1. Abilità di cablaggio per potenza e terra

Il cablaggio sul PCB ha caratteristiche di parametri distribuiti come impedenza, reattività capacitiva e reattività induttiva. Al fine di ridurre l'influenza dei parametri di distribuzione del cablaggio PCB sui sistemi elettronici ad alta velocità, i principi di cablaggio per alimentazione e terra sono i seguenti:

1. aumentare la spaziatura delle tracce per ridurre il crosstalk dell'accoppiamento capacitivo;

2. la linea elettrica e la linea di terra dovrebbero essere instradate in parallelo per ottimizzare la capacità distribuita;

3. secondo le dimensioni della corrente di trasporto, ispessire la larghezza della linea elettrica e della linea di terra il più possibile, ridurre la resistenza del ciclo e rendere la direzione della linea di alimentazione e della linea di terra in ogni circuito funzionale coerente con la direzione di trasmissione del segnale, che contribuirà a migliorare la capacità anti-interferenza;

4. il potere e la terra dovrebbero essere direttamente instradati uno sopra l'altro per ridurre l'induttanza e minimizzare l'area del ciclo e cercare di fare il filo di terra sotto la linea elettrica;

5. più spesso il filo di terra, meglio, la larghezza del filo di terra è generalmente non inferiore a 3mm;

6. il filo di terra è formato in un ciclo chiuso per ridurre la differenza di potenziale sul filo di terra e migliorare la capacità anti-interferenza;

7. nella progettazione di cablaggio del bordo multistrato, uno degli strati può essere utilizzato come "piano di terra pieno", che può ridurre l'impedenza di terra e allo stesso tempo svolgere un ruolo di schermatura.

Competenze di cablaggio per potenza e terra

2. Capacità di messa a terra di ogni circuito funzionale

I metodi di messa a terra di ogni circuito funzionale del PCB sono suddivisi in messa a terra a punto singolo e messa a terra a più punti. La messa a terra a punto singolo è divisa in messa a terra a serie a punto singolo e messa a terra parallela a punto singolo secondo la forma di connessione, come mostrato nella figura 3 e nella figura 4. La messa a terra di serie a singolo punto è spesso utilizzata per la messa a terra protettiva a causa delle diverse lunghezze dei fili di messa a terra e delle diverse impedenze di messa a terra di ogni circuito e le prestazioni di compatibilità elettromagnetica sono ridotte. Messa a terra parallela a punto singolo. Ogni circuito ha il proprio cavo di messa a terra, quindi l'interferenza reciproca è piccola, ma può estendere il cavo di messa a terra e aumentare l'impedenza di messa a terra. È spesso usato per messa a terra del segnale, messa a terra analogica e messa a terra di potenza. Messa a terra multipunto significa che ogni circuito ha un punto di messa a terra, come mostrato nella Figura 5. La messa a terra multi-punto è spesso utilizzata nei circuiti ad alta frequenza, con brevi cavi di messa a terra e bassa impedenza di messa a terra per ridurre l'interferenza dei segnali ad alta frequenza.

Al fine di ridurre le interferenze causate dalla messa a terra, la messa a terra deve anche soddisfare alcuni requisiti:

1. il filo di messa a terra dovrebbe essere il più breve possibile e la superficie di messa a terra dovrebbe essere grande;

2. evitare inutili cicli di terra e ridurre la tensione di interferenza del terreno comune;

3. il principio di messa a terra è quello di adottare diversi metodi di messa a terra per segnali diversi e non è possibile utilizzare lo stesso punto di messa a terra per tutta la messa a terra;

4. quando si progetta un PCB multistrato, posizionare lo strato di potenza e lo strato di terra in strati adiacenti il più possibile, in modo da formare capacità strato a strato nel circuito e ridurre le interferenze elettromagnetiche;

5. Cercate di evitare segnali di corrente forti e deboli, e segnali digitali e analogici condividono lo stesso terreno.

Capacità di messa a terra di ogni circuito funzionale

24 consigli per ridurre il rumore e le interferenze elettromagnetiche:

(1) I chip a bassa velocità possono essere utilizzati invece dei chip ad alta velocità. I chip ad alta velocità sono utilizzati nei luoghi chiave.

(2) Una resistenza può essere collegata in serie per ridurre la velocità di salto dei bordi superiori e inferiori del circuito di controllo.

(3) Prova a fornire qualche forma di smorzamento per i relè, ecc.

(4) Utilizzare l'orologio di frequenza più bassa che soddisfa i requisiti di sistema.

(5) Il generatore di orologio è il più vicino possibile al dispositivo che utilizza l'orologio. Il guscio dell'oscillatore di cristallo di quarzo dovrebbe essere messo a terra.

(6) racchiudere l'area dell'orologio con un cavo di massa e mantenere il cavo dell'orologio il più breve possibile.

(7) Il circuito di azionamento I/O dovrebbe essere il più vicino possibile al bordo della scheda stampata e lasciare che lasci la scheda stampata il prima possibile. Il segnale che entra nella scheda stampata dovrebbe essere filtrato e anche il segnale dall'area ad alto rumore dovrebbe essere filtrato. Allo stesso tempo, una serie di resistenze terminali dovrebbe essere utilizzata per ridurre la riflessione del segnale.

(8) Il terminale inutile di MCD dovrebbe essere collegato ad alto, o a terra, o definito come il terminale di uscita e il terminale che dovrebbe essere collegato alla terra dell'alimentazione elettrica sul circuito integrato dovrebbe essere collegato e non dovrebbe essere lasciato galleggiante.

(9) Il terminale di ingresso del circuito del cancello che non è in uso non dovrebbe essere lasciato galleggiante. Il terminale di ingresso positivo dell'amplificatore operativo inutilizzato dovrebbe essere messo a terra e il terminale di ingresso negativo dovrebbe essere collegato al terminale di uscita.

(10) Per i pannelli stampati, provare a utilizzare linee 45-fold invece di linee 90-fold per ridurre l'emissione esterna e l'accoppiamento dei segnali ad alta frequenza.

(11) Le schede stampate sono suddivise in base alle caratteristiche di commutazione di frequenza e corrente e i componenti di rumore e non di rumore dovrebbero essere più distanti.

(12) Utilizzare l'alimentazione elettrica a punto singolo e la messa a terra a punto singolo per i pannelli singoli e doppi. La linea elettrica e la linea di terra dovrebbero essere il più spessa possibile. Se è economico, utilizzare una scheda multistrato per ridurre l'induttanza capacitiva dell'alimentazione elettrica e del terreno.

(13) Tenere i segnali di selezione dell'orologio, del bus e del chip lontani dalle linee di I/O e dai connettori.

(14) La linea di ingresso di tensione analogica e il terminale di tensione di riferimento dovrebbero essere il più lontano possibile dalla linea di segnale del circuito digitale, in particolare l'orologio.

(15) Per i dispositivi A/D, la parte digitale e la parte analogica dovrebbero essere unificate piuttosto che incrociate.

(16) La linea dell'orologio perpendicolare alla linea I/O ha meno interferenze rispetto alla linea I/O parallela e i pin del componente dell'orologio sono lontani dal cavo I/O.

(17) I perni del componente dovrebbero essere il più corti possibile e i perni del condensatore di disaccoppiamento dovrebbero essere il più brevi possibile.

(18) La linea chiave dovrebbe essere il più spessa possibile e il terreno protettivo dovrebbe essere aggiunto su entrambi i lati. La linea ad alta velocità dovrebbe essere corta e diritta.

(19) Le linee sensibili al rumore non dovrebbero essere parallele alle linee di commutazione ad alta corrente e ad alta velocità.

(20) Non instradare i fili sotto il cristallo di quarzo o sotto i dispositivi sensibili al rumore.

(21) Per i circuiti di segnale deboli, non formare cicli di corrente intorno ai circuiti a bassa frequenza.

(22) Non formare un loop nel segnale. Se è inevitabile, rendi l'area loop il più piccola possibile.

(23) Un condensatore di disaccoppiamento per circuito integrato. Un piccolo condensatore bypass ad alta frequenza deve essere aggiunto a ciascun condensatore elettrolitico.

(24) Utilizzare condensatori al tantalio di grande capacità o condensatori ju-cool invece dei condensatori elettrolitici per caricare e scaricare condensatori di accumulo di energia nel circuito. Quando si utilizzano condensatori tubolari, il caso dovrebbe essere messo a terra.